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化工原理第四版课后答案(化学工业出版社)
体量流量 (2)
管内流体流动的摩擦阻力损失
【1-25】如习题 1-25 附图所示,用 U 形管液柱压差计测量等直径管路从截面 A 到截面 B 的摩擦损失 。若流体密度为 ,指示液密度为 ,压差计读数为 R。试推导出用读
数 R 计算摩擦损失 的计算式。
解 则得
从截面 A 到截面 B 列伯努利方程,截面 A 为基准面,
另一计算法
习题 1-16 附图
计算液柱高度时,用后一方法简便。
【 1-16】 在 习 题 1-16 附 图 所 示 的 水 平 管 路 中 , 水 的 流 量 为
。已知管内径
,
,液柱高度
。若忽略压头损失,试计算收缩截面 2 处的静压头。
解 水的体积流量
,
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截面 1 处的流速
截面 2 处的流速 在截面 1 与 2 之间列伯努利方程,忽略能量损失。
混合气体,已知混合气体各组分的体积分数为
2
操作压力的表压为 5.5kPa,温度为 40℃。试求:(1)混合气体在操作条件下的密度;(2) 混合气体的量为多少 。
解 混合气体的摩尔质量
(1)混合气体在操作条件下的密度为
(2)混合气体 混合气体的量为
,摩尔体积为
流体静力学
【1-6】如习题 1-6 附图所示,有一端封闭的管子,装入若干水后,倒插入常温水槽中, 管中水柱较水槽液面高出 2m,当地大气压力为 101.2kPa。试求:(1)管子上端空间的绝对压 力;(2)管子上端空间的表压;(3)管子上端空间的真空度;(4)若将水换成四氯化碳,管中四 氯化碳液柱较槽的液面高出多少米?
【1-14】如习题 1-14 附图所示,从一主管向两支管输送 20℃的水。要求主管中水的流
速约为
,支管 1 与支管 2 中水的流量分别为
。试计算主管的内径,并从
无缝钢管规格表中选择合适的管径,最后计算出主管内的流速。
解
主管的流量
体积流量
,流速
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管径
选择
无缝钢管,内径为
,
主管内水的流速
连续性方程与伯努利方程
习题 1-19 附图
水的流量 (2)
高位槽应升高
【1-20】 如习题 1-20 附图所示,用离心泵输送水槽中的常
温 水 。泵 的 吸 入 管 为
,管的下端位于水面以下 2m,
并装有底阀与拦污网,该处的局部压头损失为
。若截面
处的真空度为 39.2kPa,由 截面至
为
。试 求 :(1)吸 入 管 中 水 的 流 量 ,
解 (1)
的 直 管 中 流 动 ,试 判 断 的油,试判断流动类型。
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流速
雷诺数
(2)
雷诺数
【1-24】 20℃的水在
的直管内流动。试求:(1)管中水的流量由小变大,
当达到多少 时,能保证开始转为稳定湍流;(2)若管内改为运动黏度为 液体,为保持层流流动,管中最大平均流速应为多少?
的某种
解 (1) 水,20℃,
习题 1-26 附图
(1) 弹簧压力表读数之差值 ①水平管 在 A、B 两截面列伯努利方程
因
,故得
②垂直管 在 A、B 两截面间列伯努利方程,以截面 A 为基准面,
上述计算结果表明,垂直管的
大于水平管的
从下向上流动时,位能增大而静压能减小。
(2)U 形管液柱压差计的读数 R
①水平管与前面相同,由伯努利方程得
6m,管壁的相对粗糙度
。试问这两个直
管上的两个弹簧压力表读数的差值是否相同?如果
不同,试说明其原因。
如果用液柱压差计测量压力差,则两个直管的
液柱压力计的读数 R 是否相同?指示液为汞,其密
度为
。
解 已知管内径
,水的温度 t=20℃
密度
,黏度
,
流速
雷诺数
湍流
管壁相对粗糙度 查得摩擦系数 这两个直管的摩擦阻力损失相同,为
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解 从伯努利方程得知,等直径水平管的压头损失 与压力降 的关系为
。
【1-19】如习题 1-19 附图所示,有一高位槽输水系统,管径为
。已知水
在管路中流动的机械能损失为
(u 为管内流速)。试求水的流量为多少
。欲
使水的流量增加 20%,应将高位槽水面升高多少米?
解 管径
,
机械能损失
(1) 以流出口截面处水平线为基准面,
的密度。
解 正庚烷的摩尔质量为
,正辛烷的摩尔质量为
。
将摩尔分数换算为质量分数
正庚烷的质量分数
正辛烷的质量分数
从附录四查得 20℃下正庚烷的密度
,正辛烷的密度为
混合液的密度
【1-4】温度 20℃,苯与甲苯按 4:6 的体积比进行混合,求其混合液的密度。
解 20℃时,苯的密度为
,甲苯的密度为
。
混合液密度 【1-5】有一气柜,满装时可装
液量。在全过程中,溶液中的
量保持一定。
解 电解液 1000kg
浓缩液中
1000×0.l=100kg
=0.5(质量分数)
1000×0.l=100kg 1000×0.8=800kg
=0.02(质量分数) =0.48(质量分数)
在全过程中,溶液中 浓缩液量为
量保持一定,为 100kg
200kg 浓缩液中,水的含量为 200×0.48=96kg,故水的蒸发量为 800-96=704kg
深度 h 最小应为若干米。
解
流量与流速
习题 1-11 附图
【1-12】有密度为
的液体,在内径为 60mm 的管中输送到某处。若其流速为
,试求该液体的体积流量
、质量流量
与质量流速
。
解 (1) 体积流量
(2) 质量流量
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(3) 质量流速
【1-13】如习题 1-13 附图所示的套管式换热器,其内管为
,外管为
容器 B 的绝对压力
【1-2】某设备进、出口的表压分别为-12kPa 和 157kPa,当地大气压力为 101.3kPa。试
求此设备的进、出口的绝对压力及进、出的压力差各为多少帕。
解 进口绝对压力
出口绝对压力 进、出口的压力差
流体的密度
【1-3】正庚烷和正辛烷混合液中,正庚烷的摩尔分数为 0.4,试求该混合液在 20℃下
截面的压头损失 ;(2)吸 入 口
截面的表压。 解 管内径
,水密度
截面 处的表压
,水槽表面
(表压)
习题 1-20 附图 9
(1) 从 压头损失
为基准面,
水的流量 (2) 从
流体的黏度
【1-21】当温度为 20℃及 60℃时,从附录查得水与空气的黏度各为多少?说明黏度与
温度的关系。
解 20℃
60℃
水
。内 管 中 有 密 度 为
、流量为
的 冷 冻 盐 水 流 动 。内 、外 管 之
间的环隙有绝对压力为
,进、出口平均温度为 ,流量为
的气体流动。在
标准状态下
,气体的密度为
。试求气体和盐水的流速。
解 液体 内管内径
液体质量流量
,体积流量
流速
气体质量流量 密度 体积流量 流速
习题 1-13 附图
习题 1-14 附图
解 管中水柱高出槽液面 2m,h=2m 水柱。 (1)管子上端空间的绝对压力
在水平面 处的压力平衡,有
(2)管子上端空间的表压 (3)管子上端空间的真空度 (4)槽内为四氯化碳,管中液柱高度
习题 1-6 附图
常温下四氯化碳的密度,从附录四查得为
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【1-7】在 20℃条件下,在试管内先装入 12cm 高的水银,再在其上面装入 5cm 高的水。
水银的密度为
,当地大气压力为
。试求试管底部的绝对压力为多少 Pa。
解 水的密度
【1-8】如习题 1-8 附图所示,容器内贮有密度为
的液体,液面高度为 3.2m。
容器侧壁上有两根测压管线,距容器底的高度分别为 2m 及 1m,容器上部空间的压力(表
压)为 29.4kPa。试求:(1)压差计读数(指示液密度为
解 (1)甲醇的饱和蒸气压
(2) 空气中甲醇的组成 摩尔分数 质量分数
浓度
质量浓度
【0-3】1000kg 的电解液中含
质量分数 10%、 的质量分数 10%、 的质量
分 数 80%,用真空蒸发器浓缩,食盐结 晶分离后的浓缩液中含
50%、
2%、
48%,均为质量分数。试求:(1)水分蒸发量;(2)分离的食盐量;(3)食盐分离后的浓缩
空气
水温度升高,黏度减小;空气温度升高,黏度增大。
雷诺数与流体流动类型
【1-22】 25℃的水在内径为 50mm 的直管中流动,流速为 2m/s。试求雷诺数,并判断 其流动类型。
解 25℃, 水的黏度
,密度
,管内径
,流速
【1-23】 (1)温度为 20℃、流量为 的水,在 流动类型;(2)在相同的条件下,水改为运动黏度为
?
解 出水阀全关闭时,压力表读数 30. 4kPa(表压)
能反映出水槽的水面距出水管的高度 h
习题 1-17 附图
阀门开启后,压力表读数
(表压)
从水槽表面至压力表处的管截面列出伯努利方程,以求出水管的流速
水的流量
【1-18】若用压力表测得输送水、油(密度为
Hale Waihona Puke )、 98%硫 酸 (密 度 为
)
的某段水平等直径管路的压力降均为 49kPa。试问三者的压头损失的数值是否相等?各为多 少米液柱?
。这是因为流体在垂直管中
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另从 U 形管压差计等压面处力的平衡,求得